基于仿真的電控柴油機(jī)通用型ECU研究.pdf

1、隨著能源緊缺和環(huán)境保護(hù)的升級，現(xiàn)代社會對柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性以及排放的要求越來越高。電控技術(shù)是同時滿足上述要求的有效手段和必然方向。電控系統(tǒng)中最常用的有電控單體泵和電控高壓共軌系統(tǒng)。針對行業(yè)的迫切需求，本文設(shè)計(jì)了電控柴油機(jī)通用型控制器(ECU)，只需要通過不同的軟硬件配置，就可以適用于兩種系統(tǒng)。該ECU適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。
　　 本文采用仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，重點(diǎn)進(jìn)行了電控柴油機(jī)通用型ECU的硬件系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)

2、和試驗(yàn)。主要開展了以下研究工作:
　　 1.通過對國內(nèi)外柴油機(jī)電控系統(tǒng)的廣泛調(diào)研，結(jié)合我國電控柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)，國內(nèi)首次設(shè)計(jì)出電控柴油機(jī)通用型ECU。該ECU采用先進(jìn)的32位微處理器，適用于四缸和六缸柴油機(jī)，并能滿足電控單體泵和高壓共軌系統(tǒng)的控制要求;同時兼容不同類型的傳感器和開關(guān)等信號輸入;可以驅(qū)動不同類型、不同電壓的繼電器、燈、信號等;還具備比較全面的整車控制功能。該ECU功能強(qiáng)大，通用性好，可靠性高，滿足電控柴油機(jī)市

3、場的大部分需要。
　　 2.針對電控柴油機(jī)ECU特殊的使用環(huán)境以及小型化、低成本、高可靠性的挑戰(zhàn)，提出了一套基于仿真的ECU硬件開發(fā)流程并完成了ECU的各個功能模塊設(shè)計(jì)。建立了電磁閥驅(qū)動模塊的模型，得出了電磁閥驅(qū)動響應(yīng)時間與驅(qū)動回路電氣特性的關(guān)系，并通過仿真優(yōu)化，將電磁閥的關(guān)閉時間從230μs降低到35μs。采用該方法節(jié)約了開發(fā)時間與成本。
　　 3、針對通用型ECU體積小、工作環(huán)境溫度高、瞬態(tài)功率大、散熱困難等特點(diǎn)，文

4、中采用基于仿真的方法對通用型ECU進(jìn)行了散熱設(shè)計(jì)。建立了功率元器件的能量損耗模型，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速以及負(fù)荷對ECU功率元器件功耗的影響，得出了元器件的功耗與發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)各個元器件的最大可能功耗參數(shù)，設(shè)計(jì)了ECU的散熱系統(tǒng)。通過仿真優(yōu)化將ECU的最大功耗從96W降低到了38.2W，高電壓電源模塊的效率從72.3％提到87.6％。試驗(yàn)表明，采用該方法的散熱設(shè)計(jì)滿足ECU惡劣的工作環(huán)境，為ECU的可靠運(yùn)行提供了保障。
　

5、　 4.對ECU進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)以及驗(yàn)證。設(shè)計(jì)了電磁閥驅(qū)動的故障診斷以及自保護(hù)功能，在執(zhí)行器失效、故障或者軟件錯誤時，保護(hù)ECU硬件并提供信號用于軟件故障診斷。建立了電磁閥驅(qū)動電路模塊的等效EMI模型，通過對模型的仿真優(yōu)化，降低了電磁閥驅(qū)動電路中的電壓電流振蕩，從而降低了ECU的對外干擾。試驗(yàn)表明，采用該設(shè)計(jì)的驅(qū)動回路在電磁閥短路故障時關(guān)閉時間小于10us、短路時峰值電流為24A，遠(yuǎn)小于采用軟件控制方法的50A。
　　 5.進(jìn)